Ce document porte sur l'extraction d'attributs géométriques présents sur les modèles 3D résultant de l'acquisition numérique de fragments archéologiques. Ces attributs sont ensuite exploités à des fins de classifications, de reconstructions et de remontages.

Ce travail se divise en deux parties : la première partie consiste à développer et valider une technique d’exploration de la fonction respiratoire à l’aide d’outils de capture du mouvement de la cage thoracique et de l’abdomen en trois dimensions. L’innovation consiste en l’application d’une méthode de calcul des volumes pulmonaires mobilisables non encore utilisée avec cette technique. La deuxième partie consiste à mettre en évidence l’intérêt médical de cette technique par son utilisation clinique sur des pathologies respiratoires ciblées et/ou dans des conditions médicales spécifiques. Dans un premier temps et suite à une analyse de la littérature des méthodes d’exploration de la fonction respiratoire par mesure optoélectronique,nous avons proposé une nouvelle méthode de calcul des volumes respiratoires à partir de capture de mouvement de la paroi thoracoabdominale.Cette méthode prend en compte les déplacements de la surface de la paroi thoracoabdominale. Une comparaison entre cette nouvelle méthode,la méthode optoélectronique habituellement utilisée et la spirométrie(méthode de référence) montre que cette nouvelle méthode permet une évaluation précise des volumes respiratoires. Dans un second temps,une fois la question métrologique de mesure suffisamment précise des volumes validés, nous nous sommes intéressés à l’intérêt clinique d’apprécier la contribution des différents compartiments de la paroi thoracoabdominaleà la ventilation des patients myopathes et des sujets sous ventilationmécanique. Une première étude sur une population de patients présentant une déficience en maltase acide, visant l’identification du dysfonctionnement diaphragmatique a été réalisée. Ainsi nous avons pu démontrer que la contribution de la région abdominale à la ventilation est corrélée avec les indices invasifs évaluant la fonction diaphtragmatique. Cela nous permet maintenant de suivre l’évolution de la fonction diaphragmatique de ces patients de manière non invasive. Une seconde étude visait l’analyse de la contribution abdominale de la ventilation lorsque cette dernière est assistée mécaniquement. Ainsi nous avons pu observer que la ventilation mécanique diminuait la contribution abdominale, quel que soit le mode d’assistance ventilatoire utilisé, ce qui suggère une diminution de l’activité diaphragmatique sous ventilation mécanique et donc de confirmer une efficacité de ventilation mécanique. Une troisième étude sur le patient atteint de la myopathie de Duchenne de Boulogne a permis de quantifier les effets à court terme des manoeuvres d’insufflation et d’exsufflation sur la mobilité non assistée de la cage thoracique. Ainsi nous avons observé, immédiatement après ces manoeuvres, une meilleure expansion et une symétrisation de cette expansion thoracoabdominale lors d’inspirations et d’expirations maximales. Cela plaide pour une utilisation plus systématique de ces techniques au quotidien lors de la prise en charge de cette population, en particulier pour ceux qui présentent une dysharmonie du mouvement thoracoabdominal.Ce travail nous permet de proposer cette nouvelle exploration pour suivre des maladies chroniques évolutives affectant la mécanique respiratoire et l’effet des traitements spécifiques et d’envisager une application industrielle de ce nouvel outil de mesure. / This work is divided into two parts : the first part is to developand validate a technical exploration of respiratory function using motioncapturetools of the chest and abdomen in three dimensions. Innovation isthe application of a method of calculation of underlying lung volumes notyet used with this technique. The second part is to highlight the medicalinterest of this technique for clinical use in targeted respiratory pathologiesand/or specific medical conditions.First and following a literature review of methods of exploration of respiratoryfunction by optoelectronics measure we have proposed a new methodto compute respiratory volumes of motion capture of thoracoabdominalwall. This method takes into account the movements of the thoracoabdominalsurface of the wall. A comparison between this new method, optoelectronicstandard approach and spirometry (Reference method) showsthat this new method allows an accurate assessment of respiratory volumes.Secondly, once the issue of metrological sufficiently accurate measurementof volumes validated, we looked at the clinical interest of enhancing thecontribution of the different compartments of the thoracoabdominal wallin the breakdown of muscular dystrophy patients and mechanically ventilatedsubjects. An initial study on a population of patients with acid maltasedeficiency, for the identification of the diaphragmatic dysfunction was performed.Thus we have demonstrated that the contribution of the abdominalarea for ventilation is correlated with invasive indices transdiaphragmaticpressures. This now allows us to follow the evolution of diaphragmaticfunction of these patients noninvasively. A second study was the analysis ofthe abdominal contribution to the ventilation when the latter is mechanicallyassisted. Thus we have seen that mechanical ventilation decreased abdominalcontribution, whatever the method of ventilatory assistance used,suggesting a decrease in diaphragmatic activity under mechanical ventilationand thus confirm a mechanical ventilation efficiency. A third studyon the patient with Duchenne de Boulogne has quantified the short-termeffects of blowing maneuvers and exsufflation on unassisted mobility ofthe rib cage. Thus we observed immediately after these maneuvers, betterexpansion and balancing this thoracoabdominal expansion during inspirationand maximum expiration. This calls for a more systematic use of thesetechniques every day in the care of this population, particularly for thosewith disharmony of thoracoabdominal movement.This work allows us to offer this new exploration to follow evolving diseasesaffecting the respiratory mechanics and impact of specific treatmentsand to envisage an industrial application of this new measurementtool.

La recherche s'inscrit dans une approche descriptive et compréhensive visant à modéliser l'activité d'élèves confrontés à une situation de saut en hauteur. Elle s'appuie sur l'existence d'une voie pragmatique de développement des connaissances par l'élève dans cette situation de saut. Le cadre théorique mobilise les concepts de conceptions des apprenants, de représentations pour l'action et de schème d'action pour affirmer l'existence d'une cohérence entre les modes opératoires utilisés en situation et les discours sur l'action permettant d'objectiver les constituants des connaissances mobilisées par l'élève pour agir. La méthodologie utilise une mise en relation entre une analyse gestuelle en 3D des sauts effectués en situation par 28 élèves et une analyse du discours sur l'action de 13 d'entre eux. Les résultats montrent une stabilité des sauts produits par un même élève et leurs possibles regroupements dans la construction d'une modélisation à visée didactique comprenant quatre catégories de postures de franchissement dans lesquelles trois formes spécifiques de schème d'action peuvent être distinguées. Les données obtenues permettent d'appréhender les conditions d'une implémentation d'un curriculum scolaire portant sur le saut en hauteur.

Le centre Galactique (GC) est une région très riche et complexe. Le taux de supernovae (SN) associé à la formation d'étoiles massives y est très élevée et devrait créer une injection continue de rayons cosmiques (CRs) dans le GC à travers les chocs qu'elles produisent. Cette région abrite également un trou noir supermassif (SMBH) de $4 \times 10^6 \, \rm{M_{\odot}}$, nommé Sgr A*. De nombreux arguments ont permis de montrer que le SMBH pouvait accélérer des particules à très haute énergie (VHE); son activité actuelle et passée pourrait donc également contribuer à la population de CRs. En 2006, la collaboration H.E.S.S. a révélé la présence d'une émission diffuse à VHE dans les 100 pc centraux de la Galaxie, très corrélée à la distribution de matière moléculaire répartie dans la zone moléculaire centrale (CMZ). Une partie importante de cette émission a donc très probablement une origine hadronique mais celle-ci reste toujours inconnue. Nous présentons une nouvelle analyse spectrale et morphologique détaillée de la région en utilisant 10 ans de prise de données de H.E.S.S. ainsi qu’une modélisation de l'émission $\gamma$ induite par les SNe. Nous étudions l'impact de la distribution temporelle et spatiale des SNe dans le CMZ sur la morphologie et le spectre de l'émission: nous construisons un model 3D d'injection de CRs à VHE et d'une propagation diffusive dans la région avec une distribution de gaz réaliste. La contribution des SNe ne peut pas être négligée. Nous montrons qu’un profil piqué de rayon $\gamma$ ainsi qu’un excès de CRs vers le GC peuvent être obtenus en utilisant une distribution spatiale réaliste de SNe prenant en compte les amas d'étoiles massives centraux. La morphologie de l'émission est très dépendante de l'énergie dans ce scénario. Le profil de densité de CRs peut également être reproduit avec une injection stationnaire unique au centre par Sgr A* mais cela implique alors une morphologie stable en énergie. L'utilisation d'une analyse 3D est donc nécessaire pour distinguer les modèles. Nous présentons les premiers résultats de cette analyse que nous avons développé dans la librairie Gammapy afin d'ajuster simultanément un spectre et une morphologie sur des données. Avec la prochaine génération d'instruments comme le Cherenkov Telescope Array, les observations de régions avec une morphologie complexe, avec une émission diffuse ou de multiples sources, vont devenir de plus en plus nombreuses. Elles nécessitent donc également le développement de cette technique. Nous détaillons les premières validations de cette méthode appliquée sur des sources ponctuelles avec un outil Monte Carlo. Pour l’émission diffuse, nous présentons le nouveau spectre obtenu en utilisant une méthode que nous avons développée pour l’extraction spectrale 1D classique. Nous réalisons par ailleurs une analyse morphologique dans différentes bandes en énergie indépendantes en utilisant de nouveaux modèles spatiaux. Pour l'instant, aucune variation significative n'est détectée mais des observations supplémentaires sont nécessaires ainsi qu'une vraie analyse 3D de la région du GC pour pouvoir donner une conclusion définitive. Les observations de CTA permettront de donner des réponses précises à ces questions. / The Galactic center (GC) is a very rich and complex astrophysical region. The high supernovae (SN) rate associated with the strong massive star formation should create a sustained cosmic rays (CR) injection in the GC via the shocks they produce. This region also harbors a Super-Massive Black Hole (SMBH) of $4 \times 10^6 \, \rm{M_{\odot}}$, named Sgr A*. Since it has been argued that the SMBH might also accelerate particles up to very high energies (VHE), its current and past activity could contribute to the CR population. In 2006, the H.E.S.S. collaboration revealed the presence of a VHE diffuse emission in the inner 100 pc of the Galaxy in close correlation with the molecular matter spread in the central molecular zone (CMZ). A major part of this emission is thus certainly of hadronic origin but it still remains mysterious. We report a new detailed spectral and morphological analysis of this region using 10 years of H.E.S.S. observations as well as a detailed modelling of the $\gamma$-ray emission induced by the SNe. We study the impact of the spatial and temporal distribution of SNe in the CMZ on the VHE emission morphology and spectrum: we built a 3D model of VHE CR injection and diffusive propagation with a realistic gas distribution. The contribution of SNe can not be neglected. We show that a peaked $\gamma$-ray profile and CR excess towards the GC, can be obtained using realistic SN spatial distribution taking into account the central massive star clusters. A strong dependence on the morphology of the emission with the energy is expected in this scenario. The CR density profile can also be reproduced by a unique stationary injection at the center by Sgr A* but it implies a stable morphology across the energy range. To distinguish the models, we need a 3D analysis. We present the first results of this analysis that we started to design in the software Gammapy to simultaneously fit a spectral and morphological model to the data. The observations of complex morphological regions with diffuse emission or multiple sources will become more and more numerous with the next generation instruments such as the Cherenkov Telescope Array. They will also require the development of this technique. We detail the first validations of this method on point sources using a Monte Carlo tool. For the ridge emission, we report the new spectrum using a method that we developed for the classical spectral fitting necessary for faint emission. By using new spatial templates to describe the complexity of the diffuse emission, we perform a morphological analysis in different energy bands independently. No significant variation is found but more observations are needed to give a conclusive statement as well as a real 3D analysis in the GC region. The observations of CTA will allow to give precise answers to these questions.

Ces dernières années, un nouveau composant de l'environnement des tumeurs (ET) a été mis en évidence: les projections des neurones du système nerveux. En effet, les tumeurs sont infiltrées par des axones, ce qui pourrait réguler la progression du cancer.Le cancer du pancréas fait partie des cancers les plus mortels. Les traitements thérapeutiques actuels qui ciblent ce cancer ne sont pas efficaces. Il est donc important de mieux comprendre les différentes composantes de l'ET de ce cancer afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous proposons de décrire l’innervation des tumeurs pancréatiques ce qui est le point de départ pour mieux comprendre l’importance de cette composante de l'ET. Les objectifs ont été d’analyser en 3D les réseaux d'axones qui innervent le pancréas sain et cancéreux, ainsi que leurs relations avec d'autres types cellulaires de l'ET (vaisseaux sanguins (VS)).Pour cela, nous avons utilisé une méthode d'imagerie 3D de pancréas entiers, rendus transparents, qui proviennent de modèles génétiques de souris qui développent des cancers du pancréas similaires à ceux de l'homme. Nous avons observé que les réseaux d'axones sont plus denses et plus complexes dans les régions cancéreuses du pancréas par rapport aux régions saines. Alors que dans les tissus sains les axones sont associés aux VS, ils ne le sont plus dans les régions cancéreuses. Nous avons de plus identifié des groupes morphologiques de réseaux d'axones qui permettent de discriminer une région saine d'une région cancéreuse.L’analyse de la structure en 3D de ces réseaux d'axones pourrait donc représenter une donnée prédictive et pronostique de l'état d'avancé clinique de la maladie. / Cancers are diseases in which cancer cells interact with a complex tumor environment (TE). In recent years, a new component of TE has been highlighted: neuronal projections of the nervous system. Indeed, the axons of neurons innervate the tumors, which could regulate cancer progression.Pancreatic cancer is among the most deadly cancers. Indeed, the current therapeutic treatments that target this cancer are not effective. It is therefore important to better understand the different components of the TE of this cancer in order to identify new potential therapeutic targets.In this thesis, we propose to describe the innervation of pancreatic tumors which is the starting point to better understand the importance of this component of the TE. The objectives were to visualize and analyze in 3D the networks of axons that innervate the healthy and cancerous pancreas, as well as their relations with other cell types of the TE (blood vessels (BV)).For this, we used a method of 3D imaging of whole pancreas, made transparent, which come from genetic models of mice that develop pancreatic cancer similar to that of humans.We observed that axon networks are denser and more complex in cancerous regions of the pancreas compared to healthy regions. Moreover, while in healthy tissue, axons are associated with BV, they are no longer in cancerous areas.We also identified morphological groups of axon networks that discriminate a healthy region from a cancerous region.The analysis of the 3D structure of these axon networks could thus represent a predictive and prognostic value for the progression of the disease.

Ce document porte sur l'extraction d'attributs géométriques présents sur les modèles 3D résultant de l'acquisition numérique de fragments archéologiques. Ces attributs sont ensuite exploités à des fins de classifications, de reconstructions et de remontages. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished